700 Millionen Jahre - es hat so lange gedauert, bis sich unser Sonnensystem gebildet hat. Eine kurze Zeit auf der Skala des Universums. In dieser Zeit konnten jedoch alle wichtigen Ereignisse für unsere "Solarfamilie" stattfinden. Was sind Sie?
Am Anfang war eine Wolke
Alles begann vor ungefähr 4 Milliarden 600 Millionen Jahren. In diesem Moment begann eine riesige Wolke aus molekularem Staub, die leise in der Milchstraße schwebte, plötzlich zu schrumpfen. Dies geschah dank einer Supernova, die in der Nähe aufflammte und deren Schockwelle durch die gesamte Wolke ging und einen Gravitationskollaps hervorrief. Und die Explosion eines riesigen Sterns füllte die Wolke mit Gas und schweren Elementen - Eisen und Uran, die später die Bausteine des Sonnensystems wurden.
Die Komprimierung war sehr schnell. Darüber hinaus drehte sich auch die Wolke. Tatsache ist, dass alles um uns herum, einschließlich der Galaxie, in ständiger Rotation ist. Rotation ist Teil der Physik des Sternenkollapses. Als die Schwerkraft in der Gasstaubwolke aufkam, begann sie sich nicht nur schneller zu drehen, sondern wurde auch zu einer Scheibe abgeflacht. Unter Bedingungen schneller Kompression und chaotischer Rotation begannen sich Gas und Staub zu vielen Klumpen zu verdichten. Diese Klumpen waren nichts weiter als zukünftige Sterne.
Sehr bald wird ein Teil dieser Wolke zu einem fragmentierten Sonnensystem, in dessen Zentrum ein heller Protostern leuchten wird. Es beginnt Staub und Gas zu absorbieren, die dann aus dem Solarnebel bestanden. Am allermeisten wird dieser "Müll" in den Tiefen der Sonne sein, und Planeten, Satelliten, Asteroiden und sogar wir selbst werden aus den spärlichen Überresten gebildet.
Das Sonnensystem war nicht das einzige "Kind" einer riesigen Gas- und Staubwolke, gleichzeitig werden seine "Brüder" - andere Sternensysteme - damit "geboren".
Dasselbe können wir heute im Sternbild Orion beobachten, durch das sich eine riesige Molekülwolke über Hunderte von Lichtjahren erstreckt. An einigen Stellen sind aus diesen Klumpen junge Sterne zu sehen, wie riesige Discokugeln, die das umgebende Gas mit allen Farben des Regenbogens beleuchten.
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Orionnebel
Foto: NASA
Heute gibt es zwei Ansätze zur Bildung von Planetensystemen. Eine davon ist die Entwicklung der Ideen des sowjetischen Wissenschaftlers Viktor Safronov, des sogenannten Modells der Akkretion auf den Kern. Nach diesem Modell wird zunächst ein bestimmter Rohling des Planeten gebildet, ein Embryo, ein felsiger Kern, auf dem sich dann Gas ansammelt, und ein riesiger Planet wie Jupiter, Saturn oder andere riesige Planeten. Der zweite Ansatz ist mit Versuchen verbunden, die Bildung von Planeten in der protoplanetaren Scheibe durch denselben Mechanismus zu erklären, der zur Bildung von Sternen führt, dh zur Gravitationsinstabilität. Wenn die Scheibe massiv genug ist und viel Materie darin ist, können sich einige Inhomogenitäten bilden, die unter dem Einfluss ihrer eigenen Schwerkraft komprimiert werden. Wenn sie massiv genug sind, fallen sie nach innen,kollabieren und verwandeln sich in massive Planeten. In der wissenschaftlichen Gemeinschaft hat die erste, die Safronov-Theorie der Planetenbildung, immer noch einen Vorteil.
Planethesimale
In den "Kinderschuhen" hatte das Sonnensystem keine Planeten. Die Sonne selbst als solche existierte auch nicht - es gab nur einen kleinen Protostern, dessen Licht aufgrund des sich um sie herum ansammelnden Gases und Staubes sehr schwach war. Die Planeten werden sich jedoch sehr schnell bilden.
Das Material für ihre "Herstellung" wurde in Abhängigkeit von den Temperaturen der Scheibe in mehrere "Schichten" unterteilt. Näher am Protosun verdunstete bei Temperaturen über 2.000 Grad alles. In einer Entfernung von 8 Millionen km gab es eine Steinlinie, an der sich Metalle und Mineralien verfestigten. Die nächste Grenze wird normalerweise als Schneegrenze bezeichnet - dies ist die obere Grenze des inneren Sonnensystems. Wasser, Methan und Ammoniak existieren hier nur in Form von Eis. Aber warum reden wir über diese Substanzen? Es ist einfach - es gibt die meisten im Sonnensystem, insbesondere Wasser. Dies sind alles Bestandteile von Wasserstoff in der einen oder anderen Form, und Wasserstoff ist zu dieser Zeit das am häufigsten vorkommende Element im Sonnensystem.
Diese und andere Elemente sind durch eines verbunden - sie sind immer noch in Form von mikroskopischen Partikeln vorhanden. Aber sehr bald werden sie durch Akkretion anfangen, sich gegenseitig anzuziehen, und sie werden sich in Steine und Eisstücke verwandeln, die sich wiederum auch zusammen anziehen werden. Sie bilden mehr oder weniger große Steinstücke (etwa 1 km mal 1,5 km), sogenannte Planetesimale. Dies ist das erste Baumaterial, aus dem Protoplaneten, die "Embryonen" von Planeten, in 3 Millionen Jahren gebildet werden.
Künstlerische Vision der Schneegrenze
Foto: ESA
Gasriesen
In der Zwischenzeit sind Protoplaneten ähnlich groß wie der Mond. Sie kollidieren miteinander und bilden große Planeten. Die Planeten des inneren Sonnensystems - Merkur, Venus, Erde und Mars - erwiesen sich als klein, kleiner als die äußeren, weil sie weniger Baumaterial hatten (näher am Stern, wo es aufgrund seiner Strahlung heiß genug ist, kann Eis nicht kondensieren, kann nicht kondensieren Wasser, Ammoniak und andere Gase in feste Materie umwandeln, daher können dort nur steinige Planeten gebildet werden. Daher sind diese Planeten weniger massereich, da weniger Materie für ihre Bildung zur Verfügung steht.
Buchstäblich in 3 Millionen Jahren erscheint ein Riese des Sonnensystems - der junge gefrorene Jupiter. Bevor Jupiter ein Gasriese wurde, war er eine Supererde - ein großer felsiger Planet mit einer Masse, die um ein Vielfaches größer ist als die der Erde. Es wuchs weiter und zog immer mehr Protoplaneten an. Jupiter ist aufgrund seiner Masse zu einem "Gravitationsräuber" geworden. Wie ein Weltraumstaubsauger hat er alle Gase auf seinem Weg absorbiert und in 100.000 Jahren seine derzeitige Masse um 90% erhöht.
Andere Planeten im äußeren Sonnensystem - Saturn, Uranus und Neptun - folgten seinem Beispiel "Hooligan". Und obwohl die meisten von ihnen keine so überzeugende "Muskelmasse" ansammelten, absorbierten Jupiter und Saturn letztendlich 92% aller nicht-solaren Materie!
Dank der "Völlerei" dieser beiden Riesen, die über 10 Millionen Jahre nach der Existenz des jungen Sonnensystems bestand, ging fast das gesamte darin enthaltene Gas, insbesondere Wasserstoff und Helium, aufgrund dessen Jupiter und Saturn so schnell wuchsen, aus. Ihre unbändige "Gier" spielte jedoch ihren "bescheideneren" Brüdern in die Hände. Wenn Jupiter und Saturn nicht all das Gas und den Staub anziehen würden, könnten wir unsere Sonne nur als eine eher dunkle Fuzzy-Scheibe betrachten. Sie konnten es jedoch nicht - ohne normales Sonnenlicht hätte das Leben auf unserem Planeten kaum eine solche Vielfalt erreichen können, dass so merkwürdige Kreaturen wie Homo sapiens darauf erschienen. Die Sonne hat jedoch selbst dazu beigetragen. Immerhin absorbierte es weiterhin Wasserstoff und Helium, sonst wäre es nicht auf diese Größe angewachsen und blieb ein Protostern. Jupiter hätte übrigens selbst zum Star werden können,wenn es eine viel größere Masse hätte.
Die zweite Geburt der Sonne
Unsere Sonne wurde zweimal geboren. Der Stern, über den wir bisher gesprochen haben, war nur ein Protosun. Zu Beginn ihres Lebens war das Spektrum ihres Lichts anders. Der Protosun war so energisch wie jetzt, aber roter. Im Alter von 50 Millionen Jahren tritt ein bedeutendes Ereignis mit dem Sonnensystem auf - unser Stern erreicht eine kritische Temperatur und einen kritischen Druck und eine Kernreaktion beginnt in seinem Kern. Mit der Energie einer Wasserstoffbombe explodiert unser Protosun und ein neuer vollwertiger Stern wird geboren.
Innere Planeten
Die Sonne war reif und der gebildete Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun flogen über die Schneegrenze. Währenddessen entstand in der heißen inneren Region, in der es viele Steine und wenig Gas gab, Chaos, als winzige Protoplaneten weiter kollidierten und wuchsen.
Die Bildung der inneren Planeten des Sonnensystems dauerte zehnmal länger als die Bildung von Gasriesen. Nach 75 Millionen Jahren ist dieser Prozess beendet. Der Staub dieser "Schlachten" zerstreute sich und die Umrisse der vier inneren Planeten - Merkur, Venus, Erde und Mars - tauchten aus den Tiefen des Weltraums auf.
Die Kindheit unserer Erde war jedoch schwierig. Zu der Zeit, als Proto-Erde ihre aktuelle Größe erreichte und eine stabile Umlaufbahn einnahm, hatte sie einen Weltraumverfolger. Es wird angenommen, dass die Erde in den Anfangsstadien der Entwicklung von einem anderen Protoplaneten begleitet wurde - Thea. Es hatte fast die gleiche Umlaufbahn wie die Erde. Sie folgte buchstäblich ihren Fersen. Es ist nicht überraschend, dass eine solche "Kontrolle" früher oder später zu einem heftigen "Konflikt" führen musste - die Planeten kollidierten. Und wieder verwandelten sich große Katastrophen in eine große Schöpfung - aus den Trümmern von Thea und der Erde selbst, einem Satelliten - wurde der Mond gebildet (lesen Sie dazu in der letzten Ausgabe des Magazins im Artikel "Geschichte der Erde in 30 Minuten"). Nachdem die Erde die Katastrophe überlebt und den Mond geformt hat, ist sie zu einem der stabilsten Planeten im inneren Sonnensystem geworden. Dies ist wahrscheinlich ein weiterer Grundwarum das Leben darauf erschien (zumindest so vielfältig).
Asteroidenring und Kuipergürtel
Es scheint, dass die Bildung der Planeten vorbei ist, aber zwischen Mars und Jupiter gibt es bis heute einen Ring, der sich vor langer Zeit in einen anderen Planeten hätte verwandeln sollen. Aber ihre Geburt ist unmöglich - das "Schurkenschicksal" in Form des riesigen Jupiter lässt sie nicht entstehen: Die Gravitationskraft des Gasplaneten drückt Asteroiden ständig zusammen und verhindert, dass sie sich gegenseitig anziehen.
Näher am Rand des Sonnensystems, jenseits der Umlaufbahn von Neptun, befindet sich ein weiterer Ring von Asteroiden - der Kuipergürtel. Es enthält viele Steine und Eis, aber alle fliegen so weit voneinander entfernt, dass sie fast nie kollidieren und daher keine Planeten bilden.
Die Objekte des Hauptgürtels sind grün dargestellt, die verstreute Scheibe - orange. Die vier äußeren Planeten sind blau hervorgehoben, die trojanischen Asteroiden von Neptun gelb und Jupiter rosa. Das Auftreten der Lücke am unteren Rand der Figur ist mit dem Vorhandensein in diesem Bereich des Milchstraßenstreifens verbunden, in dem schwache Objekte versteckt sind
Neben dem Asteroidenring und dem Kuipergürtel gibt es im Sonnensystem eine hypothetische kugelförmige Region, die Oort-Wolke. Sie ist es, die nach Ansicht vieler Forscher als "Heimat" langperiodischer Kometen gilt. Und obwohl die Existenz der Oort-Wolke nicht instrumentell bestätigt wird, weisen viele indirekte Daten auf ihre Existenz hin. Es wird angenommen, dass die Oort-Wolke der Rest der ursprünglichen protoplanetaren Scheibe ist, die sich vor etwa 4,6 Milliarden Jahren um die Sonne gebildet hat. Die allgemein akzeptierte Hypothese ist, dass sich Oort Cloud-Objekte ursprünglich viel näher an der Sonne gebildet haben als Planeten und Asteroiden, aber die Gravitationswechselwirkung mit jungen Riesenplaneten wie Jupiter warf diese Objekte in extrem langgestreckte elliptische oder parabolische Bahnen. …
Spätes schweres Bombardement
50 Millionen Jahre nach der Geburt des Sonnensystems befanden sich jedoch 100-mal mehr Körper im Kuipergürtel und im Asteroidenring als heute. Sie alle haben eine zerstörerische, aber sehr wichtige Rolle bei der Entwicklung der felsigen inneren Planeten einschließlich unserer Erde gespielt.
Die Ursache des Dramas waren jedoch damals die Gasriesen, deren verschobene Umlaufbahnen das Sonnensystem fast zerstörten. Als Jupiter mit dem Saturn in Resonanz trat, kam es zu einer Gravitationserregung und einer Katastrophe - den Planeten, die über das Sonnensystem verstreut waren. Zwei Planeten, Neptun und Uranus, litten am meisten. Ihre Umlaufbahnen sind umgekehrt.
Die Jupiter-Saturn-Resonanz hat sowohl den Asteroidengürtel als auch den Kuipergürtel gründlich verdünnt. 99% der Körper im Asteroiden- und Kuipergürtel waren verstreut, die meisten befanden sich außerhalb des Sonnensystems. Aber einige gingen hinein. Die Erde befand sich wie andere felsige Planeten in der Schusslinie. Dieses Ereignis ist als spätes schweres Bombardement bekannt. Aber das Prinzip „kein Silberstreifen“hat wieder funktioniert. Viele Wissenschaftler glauben, dass genau solche Bombenanschläge Wasser auf die Erde bringen konnten und gleichzeitig organische Mineralien und Substanzen, aus denen sich später das Leben entwickelte.
Seitdem gab es nach Kenntnis der modernen Wissenschaft keine ernsthaften Kataklysmen im Sonnensystem. Viele halten es im Vergleich zu anderen ähnlichen Systemen gerade wegen seiner Stabilität für untypisch. Sind wir etwas Besonderes?
Das Sonnensystem sollte noch etwa 5 Milliarden Jahre existieren - bis die thermonukleare Reaktion im Inneren der Sonne aufhört und sich ausdehnt. Wenn dies geschieht, verwandelt es sich in einen roten Riesen und verschluckt Merkur, Venus und möglicherweise unsere Erde. Aber selbst wenn unser Planet diesem Schicksal entgeht, wird das Leben auf ihm aufgrund der Nähe der riesigen Sonne völlig unmöglich. Die bewohnbare Zone wird sich bis an die äußersten Ränder des Planetensystems verschieben. Aufgrund der extrem vergrößerten Oberfläche ist die Sonne jedoch ein viel kühlerer Stern als zuvor. Danach wird unser System einer noch größeren Tragödie gegenüberstehen - die Sonne wird sich wieder zusammenziehen. Dies wird so lange fortgesetzt, bis es sich in einen weißen Zwerg verwandelt - einen Sternkern, ein ungewöhnlich dichtes Objekt, das die Hälfte der ursprünglichen Masse des Sterns, aber nur die Größe der Erde hat. Der Prozess des "Sterbens" der Sonne begann wie alles andere auf dieser Welt zum Zeitpunkt ihrer Geburt. Wenn die Sonne ihre Reserven an Wasserstoff verbrennt, geht die zur Unterstützung des Kerns freigesetzte Energie tendenziell zur Neige, wodurch sich der Stern zusammenzieht. Dies erhöht den Druck in seinem Inneren und erwärmt den Kern, wodurch die Verbrennung von Kraftstoff beschleunigt wird. Infolgedessen hellt die Sonne alle 1,1 Milliarden Jahre etwa zehn Prozent auf und wird in den nächsten 3,5 Milliarden Jahren weitere 40 Prozent aufhellen. Infolgedessen hellt die Sonne alle 1,1 Milliarden Jahre etwa zehn Prozent auf und wird in den nächsten 3,5 Milliarden Jahren weitere 40 Prozent aufhellen. Infolgedessen hellt die Sonne alle 1,1 Milliarden Jahre etwa zehn Prozent auf und wird in den nächsten 3,5 Milliarden Jahren weitere 40 Prozent aufhellen.
